Папаин , также известный как протеиназа I папайи , представляет собой фермент цистеиновой протеазы ( EC 3.4.22.2) , присутствующий в папайе ( Carica papaya ) и папайе горной ( Vasconcellea cundinamarcensis ). Это одноимённый член семейства папаин-подобных протеаз .
Он имеет широкое коммерческое применение в кожевенной, косметической, текстильной, моющей, пищевой и фармацевтической промышленности. В пищевой промышленности папаин используется в качестве активного ингредиента во многих коммерческих размягчителях мяса. [1]
Папаин принадлежит к семейству родственных белков, известному как семейство папаин-подобных протеаз , с широким спектром активности, включая эндопептидазы , аминопептидазы , дипептидилпептидазы и ферменты как с экзо-, так и с эндопептидазной активностью. [2] Члены семейства папаина широко распространены, встречаются у бакуловирусов , [3] эубактерий, дрожжей и практически всех простейших, растений и млекопитающих. [2] Белки обычно являются лизосомальными или секретируемыми, и для активации фермента требуется протеолитическое расщепление пропептида , хотя блеомицингидролаза является цитозольной у грибов и млекопитающих. [4] Папаин-подобные цистеиновые протеиназы по существу синтезируются как неактивные проферменты ( зимогены ) с N -концевыми пропептидными областями. Процесс активации этих ферментов включает удаление пропептидных участков, которые выполняют различные функции in vivo и in vitro . Про-область необходима для правильного сворачивания вновь синтезированного фермента, инактивации пептидазного домена и стабилизации фермента против денатурации в условиях pH от нейтрального до щелочного. Аминокислотные остатки в прообласти опосредуют их мембранную ассоциацию и играют роль в транспорте профермента в лизосомы. Среди наиболее примечательных особенностей пропептидов является их способность ингибировать активность родственных им ферментов и то, что некоторые пропептиды проявляют высокую селективность в ингибировании пептидаз, из которых они происходят. [5]
Белок-предшественник папаина содержит 345 аминокислотных остатков [6] и состоит из сигнальной последовательности (1–18), пропептида (19–133) и зрелого пептида (134–345). Номера аминокислот основаны на зрелом пептиде. Белок стабилизирован тремя дисульфидными мостиками . Его трехмерная структура состоит из двух отдельных структурных доменов с щелью между ними. Эта щель содержит активный центр , который содержит каталитическую диаду, которую можно сравнить с каталитической триадой химотрипсина . Каталитическая диада состоит из аминокислот цистеина-25 (от которого он получил свою классификацию) и гистидина-159. Считалось, что аспартат-158 играет роль, аналогичную роли аспартата в каталитической триаде сериновых протеаз , но с тех пор это было опровергнуто. [7]
Механизм разрыва папаином пептидных связей включает использование каталитической диады с депротонированным цистеином. [8] Соседний Asn-175 помогает ориентировать имидазольное кольцо His-159, чтобы позволить ему депротонировать каталитический Cys-25. Затем этот цистеин осуществляет нуклеофильную атаку карбонильного углерода пептидной цепи. При этом образуется ковалентный промежуточный продукт ацил-фермента и освобождается аминоконец пептида. Фермент деацилируется молекулой воды и высвобождает карбокси-концевую часть пептида. В иммунологии известно, что папаин отщепляет Fc (кристаллизующуюся) часть иммуноглобулинов ( антител) от Fab (антигенсвязывающей) части.
Папаин является относительно термостойким ферментом, оптимальная температура которого составляет от 60 до 70 °C. [9]
Папаин предпочитает расщепляться после аргинина или лизина , которым предшествует гидрофобная единица ( Ala , Val , Leu , Ile , Phe , Trp , Tyr ), а не валин . [10]
Папаин расщепляет жесткие мясные волокна и использовался еще до контакта с европейцами для смягчения мяса, которое ели в его родной Южной Америке. Тендерайзеры для мяса в виде порошка с папаином в качестве активного компонента широко продаются, а использование кожуры папайи в кулинарии упоминается в исследовательских работах. [1] [11]
Папаин можно использовать для диссоциации клеток на первом этапе приготовления клеточных культур . Десятиминутная обработка небольших кусочков ткани (менее 1 мм 3 ) позволит папаину начать расщепление молекул внеклеточного матрикса, удерживающих клетки вместе. Через десять минут ткань следует обработать раствором ингибитора протеазы, чтобы остановить действие протеазы. При отсутствии лечения активность папаина приведет к полному лизису клеток. Затем ткань необходимо растереть (быстро пропустить вверх и вниз через пипетку Пастера ), чтобы разбить кусочки ткани на одноклеточную суспензию .
Он также используется в качестве ингредиента в различных ферментных препаратах для удаления волос , особенно в Accuzyme. Их используют при лечении некоторых хронических ран для очистки омертвевших тканей.
Папаин добавляют в некоторые зубные пасты и мятные конфеты в качестве отбеливателя зубов. Его отбеливающий эффект минимален, поскольку папаин присутствует в низких концентрациях и быстро растворяется слюной. Для достижения заметного эффекта потребуется несколько месяцев применения. [12]
Папаин является основным ингредиентом геля Papacarie, используемого для химиомеханического удаления кариеса . Он не требует сверления и не влияет на прочность сцепления реставрационных материалов с дентином . [13]
Известно, что папаин влияет на результаты тестов мочи на каннабиноиды . [14] Он содержится в некоторых продуктах для детоксикации наркотиков.
Недавно было продемонстрировано, что папаин можно использовать для сборки тонких пленок диоксида титана , используемых в фотоэлектрических элементах . [15]
Папаин также использовался для создания модели дегенеративной болезни диска для оценки различных типов инъекционной терапии. [16] [17]
Антитело , расщепленное папаином, дает три фрагмента: два Fab-фрагмента массой 50 кДа и один Fc-фрагмент массой 50 кДа . Переваренное папаином антитело неспособно стимулировать агглютинацию , преципитацию , опсонизацию и лизис , однако Fab-фрагмент все еще способен связываться с соответствующими антигенами и нейтрализовать их, что чаще всего наблюдается при использовании известных препаратов антител к овечьему токсину против кроталида . как CroFab и Digibind , аналогичный фрагмент овечьей антисыворотки, используемый для нейтрализации дигоксина , действующего для сердечной деятельности , в ситуациях острой передозировки.
Папаин обычно производят в виде сырого высушенного материала путем сбора латекса из плодов дерева папайи. Латекс собирают после надреза на шейке плода, где он может либо высохнуть на плоде, либо капнуть в контейнер. Этот латекс затем подвергают дальнейшей сушке. Сейчас его классифицируют как высушенный сырой материал. Для удаления загрязняющих веществ необходим этап очистки. Эта очистка состоит из солюбилизации и экстракции активной ферментной системы папаина с помощью процесса, зарегистрированного государством. Этот очищенный папаин может поставляться в виде порошка или жидкости.
23 сентября 2008 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) предупредило компании прекратить продажу офтальмологических сбалансированных солевых растворов и лекарственных препаратов для местного применения, содержащих папаин, к 4 ноября 2008 г. FDA заявило: «Исторически сложилось так, что папаинсодержащие лекарственные препараты в форме местного применения были проданы без одобрения...». [18] Согласно заявлению FDA по этому поводу: «Эти неутвержденные продукты поставили под угрозу здоровье потребителей: от сообщений о необратимой потере зрения при использовании неутвержденных сбалансированных солевых растворов до серьезного падения артериального давления и увеличения частоты сердечных сокращений из-за местного применения папаина. продуктов», — сказала Джанет Вудкок , директор Центра оценки и исследования лекарств .
Лекарственные мази для местного применения, содержащие папаин, используются для удаления мертвых или загрязненных тканей при острых и хронических поражениях, таких как диабетические язвы, пролежни, варикозные язвы и травматические инфицированные раны. Торговые названия этих продуктов включают Accuzyme, Allanfil, Allanzyme, Ethezyme, Gladase, Kovia, Panafil, Pap Urea и Ziox. Другие продукты продаются под названиями активных ингредиентов, например, мазь папаин-мочевина.
В 2008 году FDA объявило о своем намерении принять меры против этих продуктов, поскольку оно получило сообщения о серьезных побочных эффектах у пациентов, использующих продукты, содержащие папаин. Сообщения включали реакции гиперчувствительности (аллергические), которые приводят к гипотонии (низкому кровяному давлению) и тахикардии (учащенному сердцебиению). Кроме того, люди с аллергией на латекс также могут иметь аллергию на папайю, источник папаина, а это означает, что люди с чувствительностью к латексу могут подвергаться повышенному риску развития побочных реакций на препарат папаина для местного применения.
FDA рекомендовало людям, у которых есть опасения по поводу использования препаратов папаина для местного применения, обратиться к своему врачу по поводу прекращения использования.